浙江大学物理学在高新材料中的应用 课件二

《浙江大学物理学在高新材料中的应用 课件二》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、巨磁阻（GiantMagneticResistance）自旋电子学SpintronicsTheNobelPrizeinPhysics2007-forthediscoveryofGiantMagnetoresistanceAlbertFert,UniversitéParis-Sud;UnitéMixtedePhysiqueCNRS/THALESOrsay,FrancePeterGrünberg,ForschungszentrumJülichJülich,Germany费尔在获得诺贝尔奖之前已经取得多种奖项，包括1994年获美国物理学会颁发的新材料国际奖，1997年获欧

2、洲物理协会颁发的欧洲物理学大奖，2003年获法国国家科学研究中心金奖。格林贝格尔在学术方面获奖颇丰，包括1994年获美国物理学会颁发的新材料国际奖1998年获由德国总统颁发的德国未来奖；2007年获沃尔夫基金奖物理奖FM(Co(001))NM(Cu(001))(Al-O)FM(Ni-Fe)2自旋电子材料的重要效应:自旋相关散射(磁电阻效应)上下自旋平行时电子容易通过--低电阻态上下自旋反平行时电子被散射—高电阻态金属多层膜的巨磁阻效应（GMR）结构：FM金属（1）//半导体（2）//FM金属（3）第一界面，为X＝0，第二界面，为X＝X0两流体模型！巨磁阻（GiantMa

3、gneticResistance）MR读出磁头非磁层磁层1磁层2磁性随机存储器——自旋电子材料一个重要应用结构:原理:记录介质优点：断电时存储的信息不丢失不同电子自旋排列表示“0”和“1”Write“0”Write“1”半导体随机存储器Write“0”Write“1”缺点：断电时存储的信息容易丢失结构图:原理图:记录介质介质介质电极1电极2介质GapAcceptorDonor电子结构与半导体真空管二极管晶体管传统电子学MetalGaten+n+OhmiccontactOhmicContactP-typeSiOxideElectronInversionlayer场效应晶体

4、管MOSFET门电压改变沟道中电子密度改变导电性DattaandDas,APL56,665(1990)自旋极化的电子从铁磁材料一端发射到另一端门电压改变沟道中电子自旋极化方向改变导电性DattaandDas,APL56,665(1990)SchottkyGateFMMetalFMMetalInGaAsModulationDopedAlGaAs2DEGSpinAnalyzerBSpinInjector自旋晶体管自旋电子学（1）基本问题：自旋的注入、输运和检测（2）铁磁/半导体结注入方式的困难（3）自旋Hall效应(新)e-e-e-e-e-电(荷)流有热效应、功耗spins

5、pinspinspin自旋流无热效应、功耗1)自旋注入“使传导电子自旋极化”即产生非平衡的自旋电子（占有数）n↑≠n↓2)自旋传输自旋电流从FM电极注入半导体:会在界面和半导体内产生“累积”自旋弛豫机制:会使得自旋的非平衡转向平衡。这个特征时间大约是几十纳秒，足够长！3)自旋检测自旋状态的改变。去年最新结果自旋注入的一条新路？庞磁电阻＋碳纳米管（CMR）＋CNT）Nature445（Jan2007）410－413LSMO自旋注入的一条新路？高效率！低温？？自旋的光检测场致发光强度极化度（右）自旋Hall效应（Science301，1348（2003）；PhysRevL

6、ett92,126603(2004)）理论分析指出：很多半导体的载流子都具有自旋－轨道耦合作用。如果在该半导体上施加纵向电场，将会产生横向自旋流。（即自旋向上和向下的电子分别沿横向朝相反的方向流动）。这就会在横向积累不同取向的自旋，称为自旋霍尔效应。自旋－轨道耦合和电场的作用以高迁移率二维电子系统（2DES）为例Rashba（1984）的Hamiltonian为其中，是Rashba耦合常数，是Pauli矩阵，是电子有效质量，是垂直于2DES平面的单位矢量，是动量。有效磁场另一种写法是其中，相当于一个作用在自旋上的有效磁场。比较普通Hall效应：电荷在磁场中受力在x－方向

7、加电场（看图b）电子在－x反方向加速，在动量空间产生漂移动量漂移导致RashbaHamiltonian的变化这等价于在自旋上施加一个变化的有效力场。可以证明，动量空间漂移的结果是，在自旋上受到一个“顺时针”作用（力矩）。于是，一半自旋指向PX方向；另一半自旋指向py方向。这就是自旋流。（看图b）实验证据Kato等2004GaAs和InGaAs薄膜。激光束偏振面KR旋转角度，取决于（1）自旋极化程度（2）自旋方向与偏振方向夹角。移动入射激光束，在样品的两个边缘处，有KR存在；而且方向相反。自旋流自旋流无外磁场有外磁场铁磁层自旋流Device